Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение

Подождите немного. Документ загружается.

5. По времени образования цементы могут быть первич-

ными, образующимися на стадии седиментации одновре-

менно с цементируемыми фрагментами, и вторичными, обра-

зовавшимися после седиментации. Достоверное определение

первичности и вторичности цементации далеко не всегда

просто и однозначно. Как правило, первичным является гли-

нистый цемент обломочных пород, микрозернистый в из-

вестняках, в то время как крупнокристаллический и, тем бо-

лее, пойкилитовый цементы, равно как и коррозионный и

регенерационный, являются вторичными.

В ряде случаев время образования цемента можно устано-

вить по некоторым косвенным показателям, по минеральным

ассоциациям. Например, ангидритовый цемент в порах орга-

ногенного известняка явно вторичен, так как образование

основной массы осадка шло в условиях водоема нормальной

среднеокеанической солености, когда садка сульфатов невоз-

можна (последние образуются в водоемах резко повышенной

солености). Важные указания на первичность и вторичность,

равно как и саму последовательность цементации можно nq-

лучить исходя из структурных соотношений цементируемьщ

зерен и разных видов цемента.

Специфические и очень интересные структурно-морфолр-

гические типы цементов установлены в карбонатных порр-

дах, причем они несут и весьма важную генетическую ин-

формацию («Carbonate cements», 1985; Longman, 1980). Их

характеристика дана в гл. 7. j

6. Различен и характер распределения цемента в породу.

Чаще всего цементирующий материал распределяется равно-

мерно по площади шлифа, причем цементация бывает равно-

мерная сплошная и равномерная несплошная, когда изолиро-

ванные участки породы не содержат цемента, а также нерав-

номерная — сгустковая, линзовидная, линзовидно-слоистая и

др. (см. рис. 1.19, 13-16).

1.4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ

И НАЗВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Общепринятого подразделения и классификации

осадочных пород до сих пор не разработано. В принципе,

возможно деление по разным основаниям — генетическим,

вещественным, структурным, технологическим и т.д. Каждое

из них имеет право на существование и использование для

соответствующих целей. В отечественной литературе наибо-

лее

распространенными и длительное время используемыми

являются классификации, исходящие из генетического под-

разделения М.С. Швецова, когда выделяются группы (классы)

обломочных (кластогенных), хемогенных и биохемогенных,

органогенных пород, глин и смешанных пород. Другими

словами, группы пород выделяются по преобладанию

одной из указанных выше ведущих генетических составных

частей осадочной породы — обломочной, хемогенной, орга-

ногенной.

Положительным моментом подобных классификаций яв-

ляется или, скорее, считается то, что они указывают хотя бы

приблизительно на происхождение пород. Вместе с тем они

обладают и существенными недостатками. Алогичность при-

веденного выше подразделения видна уже по тому, что наря-

ду с генетическими группами пород тут присутствуют и кон-

кретные породы — глины. Некоторым основанием такого

выпадающего из общей закономерности выделения является

полигенность этой группы, так как глины как породы могут

возникать в корах выветривания, быть механически переот-

ложенными (т.е. обломочными, хотя и весьма своеобраз-

ными), хемогенными (за счет соединения различных ионов

или коллоидных частиц с последующей коагуляцией и осаж-

дением в морской воде), диагенетическими (в том числе за

счет гальмиролитического преобразования вулканического

пепла).

Другая сложность заключается в том, что при подобном

подразделении многие распространенные и важные породы,

как, например, карбонатные, попадают в разные группы —

хемогенных (и биохемогенных) и органогенных; нельзя забы-

вать, что имеются и обломочные карбонатные породы. Анало-

гичная ситуация и с кремнистыми породами. Ясно, что по-

добное разбиение однотипных пород на разные группы нель-

зя признать удачным. Более того, те же карбонатные или

опаловые породы по этой систематике, с одной стороны, яв-

ляются единицей более мелкого, чем генетическая группа,

подразделения (таксон более низкого порядка), а с другой —

оказывается, что они, в свою очередь, объединяют таксоны

более высокого уровня, т.е. генетические группы, например

хемогенную и органогенную. Другими словами, известняк

органогенный является частью генетической группы пород

органогенного происхождения. Известняк же просто, без до-

полнительного определения, структура и происхождение ко-

торого пока не установлены (а именно с этого начинается

определение любой породы), оказывается надранговым объ-

ектом, так как объединяет по крайней мере три генетические

группы пород хемогенного, органогенного и обломочного

происхождения.

Самое же главное заключается в том, что в основу клас-

сификации кладутся не объективно существующие и одно-

значно определяемые показатели, а субъективное мнение ис-

следователя о генетической природе изучаемой породы. Ц

дело вовсе не в недостаточной квалификации или недобросо-

вестности того или иного исследователя. Наличие различных

толкований совершенно естественно, а часто и оправдано

уровнем знаний, технических возможностей и т.д. К при-

меру, пелитоморфные и микрозернистые известняки верх-

него мела юга России (да и всего Тетиса) считались хемоген-

ными образованиями. Использование же новой техники —

растрового (сканирующего) микроскопа — показало, что они

состоят из раковинок кокколитофорид, часто раздробленных,

являются уплотненным мелом, т.е., по сути дела, являются

органогенными.

Для некоторых пород обстановки их формирования доста-

точно достоверно установлены, и уже на первых стадиях изу-

чения можно говорить об их генезисе. Так, каменная соль

является хемогенным образованием водоемов повышенной

солености; песчаники, при всем разнообразии, являются об-

ломочными образованиями, равно как фораминиферовый

известняк имеет органогенную природу. Вместе с тем для це-

лого ряда пород генезис их точно не установлен до настоя-

щего времени. Это многие фосфориты, бакальские сидерить?

Урала, кристаллические известняки, трепелы и опоки; неко-

торые породы образуются за счет вторичных процессов, и их

первичная природа либо не ясна, либо сугубо предположи-

тельна (например, метасоматические доломиты и, напротив,

дедоломиты). Это, однако, не означает, что этих пород нет

или их не надо изучать, поскольку они не укладываются в

соответствующую ячейку существующих генетических клас-

сификаций. Отсюда появление многочисленных пород «неяс-

ного генезиса», находящихся за рамками указанных класси-

фикаций.

Известно образное выражение о том, что наши недостатки

являются следствием наших достоинств. Это утверждение в

полной мере применимо и в данном случае, когда главное

«достоинство» генетических классификаций — установление

генезиса породы — становится основным их недостатком.

Складывается парадоксальная ситуация, когда до детального

изучения и описания породы ей почти априори приписыва-

ется тот или иной генезис.

Сказанное ни в коей мере не исключает желательности

и даже необходимости давать генетическую интерпре-

тацию, восстанавливать условия образования пород, но

это должно быть не началом, а закономерным итогом

изучения.

Именно поэтому в последние годы все большее распро-

странение получает тенденция перехода от истолковательных

(генетических) классификаций к объективным, основанным

на однозначно определяемых показателях.

Подобные объективные классификации отнюдь не явля-

ются чем-то принципиально новым, примером чему служит

исторически и естественно сложившаяся систематика обло-

мочных пород. Строго говоря, само их выделение основано

не на генетическом, а на структурном принципе — это по-

роды, на 50 % и более состоящие из обломков. Дальнейшее

более дробное их подразделение происходит также на струк-

турной основе — по размеру обломков (песчаники, алевроли-

ты и т.д.), их форме (окатанные — конгломераты, неокатан-

ные — брекчии), степени сцементированности (песок — пес-

чаник). Следующим основанием деления является

петрографический и минеральный состав обломков (моно-

миктовые, олигомиктовые, полимиктовые). И лишь в самом

конце, при специальных фациально-генетических иссле-

дованиях выясняется их генезис — флювиальный, пляжевый,

подводных каньонов и т.д. При этом само исследование

далеко выходит за рамки чистой петрографии конкретной

породы и обязательно включает целый ряд показателей над-

породного уровня — морфологию осадочного тела и характер

слоистости, латеральные взаимоотношения и замещения

и т.д.

Другой пример. Строго говоря, глины как породы выделя-

ются прежде всего на том основании, что они сложены опре-

деленным комплексом минералов (группа глинистых минера-

лов — каолинит, гидрослюды, монтмориллонит и др.), а не по

признаку дисперсности (аналогичную пелитовую структуру

имеют, например, пелитоморфные известняки — породы, со-

стоящие из другого минерала — кальцита), и тем более, как

показано выше, не на основе их генезиса.

Основным показателем подобных объективных классифи-

каций в настоящее время является состав пород (минерало-

гия), а затем структура, реже наоборот. Вариант подобной

систематики показан в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Принципиальная схема подразделения осадочных пород по их составу

Тип пород

Примеры пород

1. Кварцевые и кварц-

силикатные

Вулканогенно-осадочные породы

1. Кварцевые и кварц-

силикатные

Песчаники Кварцевые

Олигомиктовые

Полимиктовые

1. Кварцевые и кварц-

силикатные

Глины Каолинитовые

Гидрослюдистые

Монтмориллонитовые

Полиминеральные

2. Оксидные и гидро-

ксидные

Опаловые, халцедоно-

вые

Лимонитовые (ферри-

толиты)

Аллитовые

Манганолиты

Трепелы, опоки, диатомиты, кремни

Бурые железняки

Бокситы

Пиролюзитовые и псиломелановые руды

3. Карбонатные

Кальцитовые

Доломитовые

Сидеритовые

Магнезитовые

Известняки

Доломиты

Сидериты

Магнезиты

4. Сульфатные

Гипсовые

Ангидритовые

Гипсы

Ангидриты

5. Галогенные (галоид-

ные)

Галитовые

Галит-сильвиновые

Галит-карналлитовые

Каменная соль

Сильвинит

Карналлитовая порода

6. Фосфатные

Фосфориты

7. Каустобиолиты

Каменный уголь

Антраксолиты

Нефть

Созданные объективные (или объективистские) классифи-

кации, как и показанная в табл. 1.7, далеко не идеальны и

вызывают целый ряд замечаний.

Прежде всего обращает на себя внимание количественная

неравновесность отдельных типов. Так, три четверти объема

всех осадочных пород — глины, песчаники и другие обло-

мочные породы — составляют одну группу: кварц и кварц-

силикатных пород. Формально однопорядковые с ней группы,

т.е. группы того же таксономического уровня — фосфаты,

аллиты и др., составляют лишь доли процентов, да и вообще

все остальные группы в сумме составляют лишь третью часть

от этого наиболее распространенного типа кварц и кварц-си-

ликатных пород. Вместе с тем известно, что сам набор поро-

дообразующих минералов силикатов, и прежде всего алюмо-

силикатов, неизмеримо шире, чем, например, породообра-

зующих карбонатов и тем более фосфатов. Подобная нерав-

номерность есть следствие естественной, природной нерав-

номерности содержаний разных элементов в земной коре.

Напомним, что по данным А.П. Виноградова кларк кремния,

например, в 15,5 раз больше, чем кларк магния (29,00 и 1,87 %

соответственно), алюминия почти в 87 раз больше, чем фос-

фора (8,05 и 0,093 %) и т.д.

Важнее другое. По целому ряду показателей обломочные

породы отличаются от других осадочных пород не столько

составом, сколько структурой. Так, мы говорим об известняке

как породе, сложенной минералом кальцитом, и лишь потом

рассматриваем его структуру. Для многих пород само их на-

звание дублирует название породообразующего минерала —

доломиты, гипсы, ангидриты и др. В обломочных же породах

их естественное подразделение, повторимся, основывается

прежде всего на структуре. Так, например, выделяются брек-

чии и конгломераты, дресвиты и гравелиты, песчаники и

алевролиты (и т.д.) и лишь затем устанавливается минераль-

ный (а для грубообломочных пород — петрографический)

состав слагающих их обломков. Этот пример показывает, что

природные объекты и явления, с которыми имеет дело лито-

логия, весьма сложны, неоднозначны и далеко не всегда ук-

ладываются в удобные рамки, как бы правильно с точки зре-

ния формальной логики ни были построены классификаци-

онные схемы. Справедливо поэтому замечание Н.В. Логви-

ненко, что «...классифицируя различные группы осадочных

пород, не следует какому-либо признаку отдавать предпочте-

ние перед другим в угоду однообразию и ложной стройности.

Например, в группе обломочных пород на первое место вы-

ступает структурный признак — размер частиц» (Логви-

ненко, 1984, с. 103).

Отмечая положительные и отрицательные стороны раз-

личных классификаций, следует все же признать несо-

мненные преимущества объективных показателей для клас-

сификаций. Пример с обломочными породами лишь под-

тверждает это положение, хотя в данном случае примат ми-

нералогического принципа подразделения несколько наруша-

ется. Действительно, кварцевые и кварц-силикатные осадоч-

ные породы — это практически исключительно обломочные,

но ведущим для их выделения и более дробного подразделе-

ния и описания является все же структура.

Как правило, признаком отнесения породы к той или иной

группе является содержание основного компонента в 50 % и

более, т.е., если в породе содержится не менее 50 % облом-

ков, это порода обломочная, 50 % и более сульфатных мине-

ралов — порода сульфатная и т.д. Вместе с тем имеются и

существенные отклонения. Так, для пород, являющихся одно-

временно важными полезными ископаемыми (фосфатных,

аллитовых и др.), для отнесения их к данной группе доста-

точным считается содержание породообразующего компо-

нента

25 —

30 %. К примеру, в сильвините — породе, состоя-

щей из галита и сильвина, — содержание галита больше, чем

сильвина, но название дается по более ценному в экономиче-

ском отношении минералу.

Кроме общего названия (по преобладающему компоненту)

в развернутое определение породы в качестве прилагатель-

ных входят названия других существенных составных частей

(размерных фракций, минералов и т.д.), причем последние

следуют в порядке количественного возрастания содержаний

этих компонентов. Например, если в песчанике присутствуют

также глинистые и алевритовые фракции, и глины меньше,

чем алеврита, то его называют песчаником глинисто-алеври-

товым, а если глинистого материала больше, чем алеврито-

вого, то алевритисто-глинистым. Аналогично выделяют мер-

гель доломитово-известковый, где доломита меньше, чем

кальцита, и мергель известково-долмитовый, где соотноше-

ние содержаний этих минералов обратное.

Существуют также определенные правила образова-

ния таких прилагательных в зависимости от количественного

содержания примесей или, точнее, иных компонентов.

«Чистыми» породами, когда дополнительных определений

не требуется, в настоящее время считаются те, в которых;

содержание основного компонента не менее 90 %, т.е. приме-

сей не более 10 % (ранее к «чистым» относили породы с

содержанием иных компонентов менее 5 %). Другими

словами, если в породе содержится 91 % кальцита, 2 % нерас-

творимого остатка (обьино глинистого) и 7 % доломита,

породу следует называть просто известняком. Для большей

детальности возможно употребление прилагательного «сла-

бо», то есть описать породу как известняк слабо доло-

митистый.

При содержании дополнительного компонента от 10 до

25 % употребляется прилагательное, образованное с помощью

суффикса «ист» (например: песчаник алевритистый, алевро-

лит песчанистый, известняк глинистый и т.д.).

При содержании дополнительных компонентов от 25 до

50 % используется прилагательное, образованное с помощью

суффиксов «ов» и «сш» (например: песчаник алевритовый,

гравелит песчаный, известняк доломитовый), либо сочетание

слова «сильно» и прилагательного с суффиксом «ист», по-

скольку в некоторых случаях эти суффиксы придают слову

совершенно другой смысл. Последнее особенно касается гли-

нистых фракций. Например, порода с содержанием песчаных

фракций 65 % и глинистых 35 % будет называться песчани-

ком сильно глинистым, а не песчаником глиняным, так как в

русском языке «глиняный» означает материал, а не его коли-

чество.

Глава

МИНЕРАЛЫ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Как и любая горная порода, осадочная порода

состоит из минералов двух типов — породообразующих и

акцессорных. Первые составляют основу породы, содержат-

ся в количестве десятков процентов, реже — процентов и

определяются как в штуфе (образце), так и, более точно и

полно, в шлифе под микроскопом при стационарных петро-

графических исследованиях. Содержание вторых — акцес-

сорных — не превосходит в сумме единиц процентов, а чаще

десятых и сотых долей процента, поэтому, как правило, в

обычном шлифе они практически не наблюдаются. Вместе с

тем, они нередко имеют важное генетическое значение, в

связи с чем их специально выделяют и изучают особыми ме-

тодами. Существует несколько весьма подробных и полных

изданий, где описываются как породообразующие, так и ак-

цессорные минералы осадочных пород (Преображенский,

Саркисян, 1954; Теодорович, 1958; «Справочное руково-

дство...», 1958; Мильнер, 1968; Логвиненко, 1957, 1962 и др.).

Весьма полным и относительно недавно опубликованным

(двумя изданиями) является справочное пособие В.А. Наумова

(1981, 1989). Поэтому в данной главе рассмотрены наиболее

часто встречающиеся минералы и наряду с характеристикой

их оптических свойств и диагностических признаков отмече-

ны формы нахождения минералов в осадочных породах, час-

тично условия их образования и генетическое значение. Са-

му методику работы с микроскопом и определения оптиче-

ских констант студенты осваивают в курсе общей петрогра-

фии, а методы кристаллооптических исследований изложены

в многочисленных публикациях.

2.1. ОСНОВНЫЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ

МИНЕРАЛЫ

2.1.1. МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ КРЕМНЕЗЕМА

Кварц. По химическому составу это практически

чистый оксид кремния SiO

. Обычный, так называемый а-

кварц кристаллизуется в тригональной сингонии и часто об-

разует комбинацию призмы (1010) и двух ромбоэдров (0111)

и (1011). В шлифе кварц обычно чистый прозрачный бесцвет-

ный минерал, практически без спайности, без шагрени и

рельефа (поскольку показатель преломления близок к тако-

вому канадского бальзама: п

= 1,5533, п

= 1,5442). При вве-

денном анализаторе в стандартных шлифах дает серые ок-

раски первого порядка (п

—п

= 0,009), угасание прямое,

нередко волнистое, облачное, удлинение положительное. Ми-

нерал одноосный положительный, но нередко аномально дву-

осный: 2V = 8

— 26°.

Ориентировка оптической индикатрисы:

= O

= N

В осадочных породах кварц — чрезвычайно широко рас-

пространенный минерал, главным образом в виде обло-

мочного материала. Обломочный кварц, особенно в песча-

никах, образует изометрические, часто хорошо окатанные

зерна, однако в результате постседиментационных процессов

могут возникать коррозионные формы, особенно при на-

личии карбонатов (например, карбонатного цемента), или,

напротив, нарастать регенерационные каемки (см. далее).

В песчаниках и алевролитах он играет весьма существен-

ную, а иногда и почти исключительную роль (в кварцевых

песчаниках), часто присутствует в виде терригенной примеси

в глинах, нередко в карбонатных, опаловых и других породах.

Специальные детальные исследования показывают, что обло-

мочный аллотигенный кварц может содержать те или иные

включения, состав которых определяется обстановкой обра-

зования первичного кварца. Так, для кварца гранитоидов ха-

рактерны включения биотита, циркона, апатита, мусковита,

игольчатого рутила. В кварце из метаморфических пород

(этот кварц чаще дает облачное угасание) присутствуют

включения графита, граната, дистена и титанита. Жильный

кварц может быть мутноватым, так как содержит субмикро-

скопические пузырьки минералообразующей среды (газооб-

разные и жидкие).

При явном преобладании аллотигенного кварца в осадоч-

ных породах встречаются и аутигенные его выделения. Так,